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[分享]窄带物联网(NB-IoT)发展历程标准特性

助工
2020-04-15 10:10:36    评分

一、发展历程
物联网通信技术繁多,从传输距离上可划分成两类:第一类是短距离通信技术,例如ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth等,典型的应用场合如智能家居;第二类是低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN),典型的应用为智能抄表系统。LPWAN技术又可根据工作频段分为两类:一类工作在非授权频段,如Lora、SigFox等,此类技术无统一标准,自定义实现;工作于授权频段下,3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术,如全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication , GSM)、长期演进(Long Term Evolution, LTE)和基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)等。

2014年5月,华为联合沃达丰在3GPP的GSM/EDGD无线接入网(GSM EDGE Radio Access Network, GERAN)研究项目中提出NB-M2M技术。同年,高通公司提交了窄带正交频分复用(Narrow Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing, NB-OFDM)技术。2015年5月,NB-M2M与NB-OFDM合并为NB-CIoT。7月,爱立信提出NB-LTE方案。2015年9月的RAN#69次会议经过激烈讨论,最终将NB-CIoT与NB-LTE进一步融合,并重新命名为NB-IoT。

2016年6月16日,NB-IoT作为3GPP R13一项重要课题,其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准,正式宣告了这项受到无线产业广泛支持的NB-IoT标准核心协议历经2年多的研究终于全部完成。

二、标准特性
1、灵活部署、窄带、低速率、低成本、高容量
NB-Io支持三种部署方式:独立部署(Stand alone)、保护带部署(Guard band)、带内部署(In band),如图1所示。Stand alone模式:可以利用单独的频带,适合用于GSM频段的重耕;Guard band模式:可以利用LTE系统中边缘无用频带;In band模式:可以利用LTE载波中间的任何资源块。对于In band模式来说,NB-IoT无限接近于LTE资源块,为了避免干扰,3GPP要求NB-IoT信号的功率谱密度与LTE信号的功率谱密度不得超过6dB。

- RF带宽180kHz(上行/下行)(考虑两边保护带,也被描述为200kHz);
- 下行:OFDMA, 子载波间隔15kHz;
- 上行:SC-FDMA, Single-tone:3.75kHz/15kHz,Multi-tone:15kHz;
- 仅需支持半双工; 终端支持对Single-tone和Multi-tone能力的指示;
- MAC/RLC/PDCP/RRC层处理基于已有的LTE流程和协议,物理层进行相关优化;
- 设计单独的同步信号;

2、覆盖增强、低时延敏感
根据TR45.820的仿真数据,可以确定在独立部署方式下,NB-IoT覆盖能力应也可达164dB,带内部署和保护带部署还有待仿真测试。NB-IoT为实现覆盖增强采用了重传(可达200次)和低阶调制等机制,目前是否NB-IoT不需支持16QAM仍在被讨论中。
同时在耦合耗损达164dB的环境下,如果提供可靠的数据传输,由于大量数据重传将导致时延增加,TR45.820中仿真测试了异常报告业务场景、保证99%可靠性、不同耦合耗损环境下的时延(区分有无头压缩)。目前3GPP IoT设想允许时延约为10s,但实际可以支持更低时延,如6s左右(最大耦合耗损环境)。

3、不支持连接态的移动性管理
NB-IoT最初就被设想为适用于移动性支持不强的应用场景(如智能抄表、智能停车),同时也可简化终端的复杂度、降低终端功耗,Rel-13中NB-IoT将不支持连接态的移动性管理,包括相关测量、测量报告、切换等。

4、低功耗
NB-IoT借助节电模式(Power Saving Mode, PSM)和超长非连续接收(Enhanced Discontinuous Reception, eDRX)可实现更长时间待机。其中PSM技术是Rel-12中新增的功能,在此模式下,终端仍旧注册在网但信令不可达,从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的。eDRX是Rel-13中新增的功能,进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期,减少接收单元不必要的启动,相对于PSM,大幅度提升了下行可达性。NB-IoT目标是对于典型的低速率、低频次业务模型,等容量电池寿命可达10年以上。





关键词: 窄带     联网     NB-IoT     特性    

助工
2020-04-15 16:47:07    评分
2楼

感谢楼主分享


工程师
2020-04-16 21:53:03    评分
3楼

明白了


助工
2020-04-26 14:42:30    评分
4楼

学习一下


院士
2020-05-01 20:13:43    评分
5楼

谢谢分享。


助工
2020-05-05 15:50:58    评分
6楼

多谢分享


助工
2020-05-08 21:58:28    评分
7楼

感谢分享


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